目前，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的信息技術(shù)在制造業(yè)中正得到廣泛應(yīng)用，信息化已經(jīng)成為制造技術(shù)的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。信息化的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)，沒(méi)有數(shù)據(jù)的信息化只是一個(gè)空架子。而CAPP生成的工藝數(shù)據(jù)不僅是產(chǎn)品數(shù)據(jù)的重要組成部分，更是企業(yè)PDM、ERP等正常運(yùn)行的“血液”。因此，CAPP實(shí)施好壞將是企業(yè)信息化建設(shè)成敗的分水嶺，深入開(kāi)展對(duì)CAPP技術(shù)水平的跟蹤和實(shí)施規(guī)律的研究，對(duì)現(xiàn)代制造企業(yè)意義重大、影響深遠(yuǎn)。

1． 制造企業(yè)集成與CAPP系統(tǒng)

現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)（Contemporary Integrated Manufacturing System，CIMS）將信息技術(shù)、管理技術(shù)和制造技術(shù)相結(jié)合，并應(yīng)用與企業(yè)產(chǎn)品全生命周期的各個(gè)階段。通過(guò)信息的共享與集成、過(guò)程與資源的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)流、信息流、價(jià)值流、知識(shí)流的集成和優(yōu)化運(yùn)行，從而提高工作效率和設(shè)計(jì)水平，最終提升企業(yè)的市場(chǎng)應(yīng)變能力和核心競(jìng)爭(zhēng)能力。

制造企業(yè)集成是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)的支撐下，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)、管理、到制造的數(shù)據(jù)共享和過(guò)程集成，圖1是制造企業(yè)集成的結(jié)構(gòu)框架。顯然，CAD只是負(fù)責(zé)把設(shè)計(jì)思想變成圖紙，生產(chǎn)過(guò)程則是大量離散事件的集合，它們都不能實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)集成，也無(wú)法給企業(yè)決策提供宏觀指導(dǎo)。而CAPP通過(guò)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的共享和系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)，解決工藝數(shù)據(jù)的獲取、處理、管理和積累問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)快速調(diào)集、優(yōu)化整合、高效利用企業(yè)資源，并為企業(yè)決策提供支持。可見(jiàn)，CAPP系統(tǒng)是從設(shè)計(jì)到制造的橋梁，是產(chǎn)品信息的匯集地，是實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)集成的真正有決定意義的關(guān)鍵性技術(shù)環(huán)節(jié)。

2． 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

2.1 面向產(chǎn)品全生命周期

在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，制造產(chǎn)品在向個(gè)性化、多品種、變批量方向發(fā)展，企業(yè)必須綜合考慮產(chǎn)品的TQCSE，甚至還包括文化、社會(huì)效應(yīng)。CAPP系統(tǒng)如果還停留在只是將圖紙變成實(shí)物的功能，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代制造企業(yè)對(duì)CAPP的需求。作為企業(yè)活動(dòng)的樞紐，CAPP應(yīng)該參與企業(yè)從市場(chǎng)分析到售后服務(wù)的整個(gè)過(guò)程（如圖1所示），從產(chǎn)品全生命周期出發(fā)，快速提供工藝數(shù)據(jù)、高效進(jìn)行知識(shí)復(fù)用、及時(shí)獲取相關(guān)信息、通盤(pán)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果、全程參與各項(xiàng)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)大工藝流程的設(shè)計(jì)與管理。這要求CAPP系統(tǒng)能夠在工程設(shè)計(jì)階段，就考慮到設(shè)計(jì)的可制造性、可裝配性與可維修性、工藝的可行性與可檢驗(yàn)性、生產(chǎn)的成本與效益、產(chǎn)品進(jìn)度與功能等，對(duì)產(chǎn)品的全生命周期表現(xiàn)作出工藝評(píng)價(jià)。

圖1. 制造企業(yè)集成結(jié)構(gòu)框架

2.2 支持并行工程

并行工程強(qiáng)調(diào)企業(yè)各項(xiàng)活動(dòng)應(yīng)盡早開(kāi)始，并爭(zhēng)取一次成功；強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)間的相互聯(lián)系、相互支持與相互制約；強(qiáng)調(diào)通過(guò)有效的交流與合作，達(dá)到整體優(yōu)化，提高整個(gè)系統(tǒng)的柔性與競(jìng)爭(zhēng)力。首先，工藝設(shè)計(jì)內(nèi)部是多任務(wù)、多角色的，CAPP本身就必須是一個(gè)并行工作、協(xié)調(diào)進(jìn)行、信息共享的平臺(tái)。其次，CAPP要考慮零件功能要求、制造能力、環(huán)境試驗(yàn)、質(zhì)量檢驗(yàn)、生產(chǎn)成本、設(shè)備負(fù)荷以及計(jì)劃進(jìn)度等等，是各個(gè)系統(tǒng)間功能協(xié)調(diào)的中心。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期表現(xiàn)的工藝評(píng)價(jià)，是CAPP系統(tǒng)支持并行工程的目標(biāo)與關(guān)鍵。

2.3 實(shí)現(xiàn)企業(yè)集成

將PLM、WEB與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)引入CAPP系統(tǒng)，建立一種多層分布式體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)CAPP系統(tǒng)內(nèi)部以及與其他系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)并行傳輸和信息自動(dòng)交換，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的共享復(fù)用和信息的企業(yè)集成。集成是一個(gè)多層次、分階段、循序漸進(jìn)的過(guò)程，關(guān)鍵是做到企業(yè)信息在各系統(tǒng)間有序、可控、安全、方便的傳遞與交換。實(shí)現(xiàn)企業(yè)集成是CAPP面向產(chǎn)品全生命周期與支持并行工程的技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑。

3． 關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 系統(tǒng)規(guī)劃

工藝設(shè)計(jì)涉及到企業(yè)的生產(chǎn)類(lèi)型、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝裝備、技術(shù)水平等，具有很強(qiáng)的動(dòng)態(tài)性和經(jīng)驗(yàn)性，是企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中最活躍的因素。同時(shí)，在CAPP系統(tǒng)內(nèi)部又存在機(jī)械、電子、基板、總裝等多專(zhuān)業(yè)分工合作問(wèn)題。所以，CAPP的實(shí)施是典型的復(fù)雜問(wèn)題的求解過(guò)程。企業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，系統(tǒng)規(guī)劃需要解決好以下八個(gè)方面問(wèn)題：系統(tǒng)目標(biāo)、功能要求、體系結(jié)構(gòu)、工作模式、業(yè)務(wù)流程、實(shí)施步驟、人員組織和支撐平臺(tái)。一個(gè)充分、務(wù)實(shí)的系統(tǒng)規(guī)劃是CAPP系統(tǒng)順利實(shí)施的首要條件和最大保證。

3.2集成技術(shù)

基于信息共享的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP等的集成是現(xiàn)階段企業(yè)集成應(yīng)用實(shí)施的重點(diǎn)。系統(tǒng)間集成方法主要有四種：（1）統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)層的數(shù)據(jù)通信；（2）開(kāi)發(fā)各自接口，互相訪問(wèn)對(duì)方； （3）采用動(dòng)態(tài)數(shù)字交換技術(shù)（DDE）；（4）以中性文件的方式。第一種方法最為理想，但開(kāi)發(fā)實(shí)施難度也最大。PDM把設(shè)計(jì)BOM（ D-BOM）以規(guī)定格式的EXCEL文件輸出，CAPP系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行父子關(guān)系調(diào)整后，再轉(zhuǎn)換成自己的工藝BOM（P-BOM），該方法需要解決更改同步問(wèn)題。CAPP的材料基礎(chǔ)庫(kù)采用與物流材料數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)同步的方法，實(shí)時(shí)獲取材料信息，這要求物流數(shù)據(jù)庫(kù)使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的信息模型以保證信息的復(fù)用。CAPP系統(tǒng)向PDM、ERP開(kāi)放自己的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，PDM、ERP就可以通過(guò)接口程序讀取CAPP的工藝路線、工時(shí)定額以及統(tǒng)計(jì)匯總等信息。

3.3 基于P-BOM的工藝設(shè)計(jì)

BOM是一種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)化的信息表，它反映產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中物料與物料項(xiàng)之間的關(guān)聯(lián)信息以及一種物料向另一種物料轉(zhuǎn)化的衍變信息。工藝管理系統(tǒng)以D-BOM為源頭，并根據(jù)工藝路線進(jìn)行必要調(diào)整，創(chuàng)建產(chǎn)品P-BOM。新建BOM將與工藝數(shù)據(jù)庫(kù)中已有文件比較，分成借用、變形和新設(shè)計(jì)零部件三個(gè)類(lèi)別，根據(jù)分類(lèi)進(jìn)行新工藝文件的設(shè)計(jì)，再提交給工藝管理系統(tǒng)。管理系統(tǒng)根據(jù)P-BOM自動(dòng)生成各類(lèi)統(tǒng)計(jì)匯總報(bào)表，同時(shí)輸出給其他系統(tǒng)，供企業(yè)經(jīng)營(yíng)決策、物資采購(gòu)和生產(chǎn)組織。BOM的引入，意味著CAPP從面向單個(gè)零件轉(zhuǎn)變成面向整個(gè)產(chǎn)品。CAPP系統(tǒng)以P-BOM為指導(dǎo)，圍繞P-BOM展開(kāi)各項(xiàng)工作。工藝設(shè)計(jì)就是P-BOM獲取、調(diào)整、比較、組織和傳遞的過(guò)程。其中需要解決的技術(shù)難題有對(duì)D-BOM更改的處理以及多工藝版本的對(duì)應(yīng)策略。

4． 系統(tǒng)功能介紹

中國(guó)電子科技集團(tuán)38所從1997年開(kāi)始實(shí)施應(yīng)用CAPP。與手工設(shè)計(jì)比較，工作效率和質(zhì)量有顯著提高，設(shè)計(jì)更加規(guī)范，新人培養(yǎng)步伐得到加快，工藝快速反應(yīng)能力大大提升。通過(guò)多年的企業(yè)實(shí)踐以及對(duì)最新技術(shù)的跟蹤研究，在CAPP的實(shí)施與應(yīng)用方面有著很豐富的經(jīng)驗(yàn)和較深刻的認(rèn)識(shí)。在全所整體規(guī)劃及系統(tǒng)自身發(fā)展的需求牽引下，從2003年開(kāi)始，對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，圖2示意了新系統(tǒng)的功能模塊與接口關(guān)系。

圖2. CAPP系統(tǒng)的功能與接口示意圖

工藝卡片定制系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)工藝卡片模板，并建立工藝卡片與數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)給設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)在工藝基礎(chǔ)庫(kù)與典型工藝庫(kù)的輔助下進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)的平臺(tái)，完整的工藝文件提交給工藝管理系統(tǒng)進(jìn)行審簽流轉(zhuǎn)。管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)產(chǎn)品工藝文件（工藝過(guò)程卡、工序簡(jiǎn)圖、工裝圖紙、NC程序等）的組織與管理以及系統(tǒng)、流程與接口的管理。在與其他系統(tǒng)的信息共享與集成方面：系統(tǒng)從PDM中獲取D-BOM及更改信息，從物流系統(tǒng)同步材料與庫(kù)存信息，并從生產(chǎn)管理系統(tǒng)提取設(shè)備和負(fù)荷情況；而將系統(tǒng)生成的各類(lèi)統(tǒng)計(jì)匯總報(bào)表、物料需求清單、車(chē)間分工信息、工藝路線、工時(shí)定額、成本核算等信息分別向其他相關(guān)系統(tǒng)輸出。新系統(tǒng)在老系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，在對(duì)產(chǎn)品工藝信息的宏觀描述與企業(yè)信息集成方面發(fā)揮出巨大優(yōu)勢(shì)。

5． 新一代CAPP系統(tǒng)的發(fā)展展望

5.1無(wú)縫集成

企業(yè)在實(shí)施信息化的過(guò)程當(dāng)中，常會(huì)發(fā)現(xiàn)有時(shí)系統(tǒng)之間的信息流動(dòng)不很順暢，存在一些重復(fù)勞動(dòng)、數(shù)據(jù)一致性較差、工作效率低等問(wèn)題。解決辦法是：建立應(yīng)用平臺(tái)層/業(yè)務(wù)邏輯層/核心數(shù)據(jù)層的分布式三層信息化結(jié)構(gòu)體系，建立基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)一產(chǎn)品工作模型，并以產(chǎn)品BOM為核心開(kāi)展各個(gè)系統(tǒng)的工作，所有信息一次錄入，各系統(tǒng)間通過(guò)中間邏輯層實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)和信息的有序、可控、安全、方便的傳遞與交換，真正做到無(wú)縫集成。

5.2智能化

CAPP的智能化是建立在對(duì)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程的科學(xué)研究以及計(jì)算技術(shù)基礎(chǔ)之上，并引入專(zhuān)家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)容量和運(yùn)算速度，通過(guò)模仿和學(xué)習(xí)人類(lèi)專(zhuān)家的思維，最大可能的取代人類(lèi)專(zhuān)家的部分腦力勞動(dòng)，并完善和發(fā)展人的智慧。智能化關(guān)鍵是要解決工藝知識(shí)的獲取、表達(dá)與存儲(chǔ)以及推理決策算法，核心是要將設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)、技巧和能力固化成符號(hào)化的知識(shí)和程式化的算法，推動(dòng)工藝技術(shù)邁向真正的工程科學(xué)。

參考文獻(xiàn)
[1] 陳宗舜主編. 機(jī)械制造業(yè)工藝設(shè)計(jì)與CAPP技術(shù). 清華大學(xué)出版社，2004年7月第一版
[2] 中國(guó)機(jī)械制造工藝協(xié)會(huì). 推廣應(yīng)用CAPP技術(shù)，提高工藝快速反應(yīng)能力. CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2003（12）
[3] 盛布云，馮站峰，倪小平，周祖德. PDM集成框架下CAPP與PDM的數(shù)據(jù)交換. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)-CIMS，2003（6）
[4] 葉文華，陳蔚芳，王寧生. GT/CAD/CAPP/PDM/ERP系統(tǒng)集成研究.制造技術(shù)與機(jī)床，2001（11）
[5] 黃乃康，張振明，許建新，賈曉亮，攀其瑾. CAPP技術(shù)發(fā)展的新階段與智能化工藝信息系統(tǒng)（IPIS）構(gòu)想. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2000（7）
[6] 邵新宇，蔡力鋼主編. 現(xiàn)代CAPP技術(shù)與應(yīng)用. 機(jī)械工業(yè)出版社，2004年10月第一版